Un panneau photovoltaïque est un dispositif qui convertit la lumière solaire en électricité grâce à l'effet photovoltaïque. Composé principalement de silicium et recyclable à 95%, il comprend plusieurs éléments comme le cadre en aluminium, le verre protecteur et les cellules photovoltaïques. Sa compréhension permet d'optimiser son installation et son rendement.
A retenir : Les panneaux photovoltaïques ont une durée de vie de 20 à 30 ans, tandis que l'onduleur doit être remplacé tous les 10-15 ans. Le rendement varie selon la technologie : 15-20% pour le monocristallin, 13-16% pour le polycristallin et 5-13% pour les couches minces.
Les principaux composants d'un panneau photovoltaïque
Les panneaux photovoltaïques intègrent plusieurs composants techniques qui permettent la transformation de l'énergie solaire en électricité. La composition exacte détermine les performances et la durabilité du système. Les matériaux utilisés sont recyclables à 95%.
Structure et protection
Le cadre en aluminium anodisé (10% du panneau) assure la rigidité et la résistance mécanique. Une vitre trempée de 3,2 mm d'épaisseur (75-80% du panneau) protège les composants internes des intempéries tout en laissant passer les rayons solaires. Deux couches d'éthylène-acétate de vinyle (EVA) encapsulent les cellules pour les isoler de l'humidité.
Les cellules photovoltaïques
Le cœur du panneau photovoltaïque se compose de cellules en silicium monocristallin ou polycristallin. Le silicium provient de la transformation du sable ou du quartz à très haute température. Les cellules sont interconnectées en série par des rubans métalliques conducteurs pour former un module. Un panneau standard contient 60 à 72 cellules.
Système électrique
Une boîte de jonction étanche fixée au dos du panneau abrite les diodes de protection. Des connecteurs MC4 normalisés permettent le raccordement des câbles électriques. Une feuille arrière en polymère (backsheet) assure l'isolation électrique et la protection contre l'humidité.
Composition détaillée
- Verre solaire trempé : 75-80%
- Cadre aluminium : 10%
- Cellules silicium : 3-5%
- EVA : 2-3%
- Backsheet : 2-3%
- Boîtier et connectique : 1-2%
Le principe de fonctionnement d'un panneau solaire
L'effet photovoltaïque, découvert par Edmond becquerel en 1839, constitue le mécanisme physique fondamental permettant la conversion directe de la lumière en électricité dans les panneaux solaires photovoltaïques. Cette découverte historique a ouvert la voie au développement des technologies solaires modernes.
Le processus de conversion photovoltaïque
La transformation de la lumière en électricité s'effectue au niveau des cellules photovoltaïques en silicium. Lorsque les photons de la lumière frappent la surface d'une cellule, ils transmettent leur énergie aux électrons du matériau semi-conducteur. Ces électrons sont alors libérés et peuvent circuler, créant ainsi un courant électrique continu. Ce phénomène physique se produit instantanément dès que la cellule reçoit du rayonnement lumineux.
Production électrique selon l'ensoleillement
Les panneaux photovoltaïques génèrent de l'électricité même par temps nuageux, car ils réagissent à la lumière diffuse. Cependant, leur rendement diminue proportionnellement à la baisse de luminosité. En France, un panneau solaire produit en moyenne entre 900 et 1200 kWh/kWc/an selon les régions, avec des variations saisonnières marquées.
Données de production moyenne en France
| Région | Production (kWh/kWc/an) |
| Nord | 900-950 |
| Centre | 1000-1100 |
| Sud | 1100-1200 |
Rendement et performances
Le rendement d'un panneau photovoltaïque correspond au ratio entre l'énergie solaire reçue et l'électricité produite. Les pertes énergétiques proviennent principalement de la réflexion lumineuse, de la résistance électrique des matériaux et de l'échauffement des cellules. La température affecte les performances : au-delà de 25°C, le rendement baisse d'environ 0,4% par degré supplémentaire.
Les différents types de cellules photovoltaïques
Les cellules photovoltaïques constituent le cœur des panneaux solaires. Trois technologies principales se distinguent sur le marché, chacune présentant des caractéristiques techniques et économiques distinctes qui déterminent leur utilisation.
Les cellules monocristallines
Les cellules monocristallines sont fabriquées à partir d'un seul cristal de silicium ultra-pur. Cette technologie atteint les meilleurs rendements, entre 15% et 20%, avec une puissance surfacique de 150-200 Wc/m². Le procédé de fabrication complexe les rend plus coûteuses, environ 2,5-3 €/Wc. Leur couleur noire uniforme et leurs performances stables dans le temps conviennent pour les installations résidentielles où la surface disponible est limitée.
Les cellules polycristallines
Les cellules polycristallines utilisent plusieurs cristaux de silicium assemblés. Leur rendement se situe entre 13% et 16%, pour une puissance de 120-150 Wc/m². Moins chères à produire (2-2,5 €/Wc), elles présentent un aspect bleuté marbré caractéristique. Cette technologie offre un bon compromis coût/performance pour les grandes installations.
Les cellules en couches minces
Cette technologie dépose une fine couche de matériau photovoltaïque (silicium amorphe, CdTe ou CIGS) sur un support. Le rendement plus faible (5-13%) nécessite une surface plus importante, mais leur coût est réduit (1,5-2 €/Wc). Leur souplesse permet des applications sur surfaces courbes.
| Technologie | Rendement | Puissance (Wc/m²) | Prix (€/Wc) |
| Monocristallin | 15-20% | 150-200 | 2,5-3 |
| Polycristallin | 13-16% | 120-150 | 2-2,5 |
| Couches minces | 5-13% | 60-120 | 1,5-2 |
Critères de sélection
Le choix de la technologie dépend de plusieurs paramètres : surface disponible, orientation, budget, contraintes architecturales. Les cellules monocristallines s'adaptent aux petites surfaces bien exposées. Les modules polycristallins répondent aux besoins des grandes installations. Les couches minces conviennent aux surfaces atypiques ou aux zones peu ensoleillées.
L'installation complète : onduleur et autres équipements
Une installation photovoltaïque nécessite plusieurs équipements complémentaires aux panneaux pour fonctionner correctement et produire de l'électricité utilisable dans un logement. Ces composants forment un système complet permettant de transformer et d'acheminer l'énergie solaire.
L'onduleur : composant central de l'installation
L'onduleur constitue un élément fondamental qui convertit le courant continu (DC) produit par les panneaux en courant alternatif (AC) 230V compatible avec le réseau électrique français. Son rendement de conversion atteint 95 à 98%. Les onduleurs modernes intègrent des fonctions de monitoring pour surveiller la production et détecter les anomalies. Leur durée de vie moyenne est de 10-15 ans, inférieure à celle des panneaux (20-30 ans).
Le système de comptage
Deux compteurs sont requis pour une installation raccordée au réseau EDF en France :
- Un compteur de production mesurant l'électricité générée
- Un compteur de non-consommation calculant le surplus injecté sur le réseau
Protection et raccordement électrique
L'installation doit respecter la norme NF C 15-100 et comprendre :
- Un disjoncteur différentiel 30mA
- Des parafoudres côtés DC et AC
- Un sectionneur DC
- Un coffret de raccordement normalisé
Câblage et connexions
Les câbles solaires spécifiques supportent les conditions extérieures et limitent les pertes électriques. Le dimensionnement des sections doit suivre les préconisations des guides UTE C 15-712. Les connecteurs normalisés MC4 assurent des connexions fiables entre panneaux.
Ce qu'il faut retenir sur les panneaux photovoltaïques
Les panneaux photovoltaïques continueront d'évoluer avec des rendements améliorés et des coûts de production réduits. Les technologies comme les cellules à hétérojonction et tandem promettent des performances supérieures. Le recyclage des composants deviendra aussi plus performant pour réduire l'empreinte environnementale de cette technologie d'énergie renouvelable.